宇宙的诞生及历史

内容概要

我写这本书的目的，是想对人们探索这个问题的历史做一番深入浅㈩的描述。第一部分用不包含数学的图表来阐述宇宙学的历史，所涉及的基本物理思想，以及对所有现存的宇宙理论的评论，其中包括以我的名字命名的多宇宙理论，这个理沦在1985年第一次发表，现在已有所发展，但一直未得到证实。

对于一个非专业的人士，深入到封闭的科学领域内部并在六个专业杂志上发表学术论文几乎是不可能的，无论他所提出的思想是否具有生命力。

著名的宇宙学家马丁．里斯教授爵士（Sir Manin Rees）就这个问题在他的新书《开始之前》中写道，“科学家总是把自己的写作限制在学术论文中，其内容是经（通常是匿名的）同行‘评议’，并被他们评价认为是值得发表的东西，这是一个已建立了共识的正规体制。这些杂志对于非专业人士是难以理解的，它们被科学家们称之为‘文献’，常常只为存档而存在，大部分甚至末被研究人员看过。研究人员之间常常仅使用非正式的‘预印本’、电子邮件和学术会议。”

人类对自然的好奇心是与生俱来的，多少个世纪以来，人们寻求了解宇宙的起源和目的，它的结构、组成和演化，这一切最后就变成了20世纪的宇宙科学．

然而，建立一个可行宇宙理论的进展仍然缓慢，尽管高能粒子物理、天体物理学和天文学等支持宇宙学的基础科学发展迅速。

很长一段时间，科学家们都难以摒弃永恒宇宙的观念，1948年霍伊尔（SirP：red｝toylc）的稳态模型就是这样一个典型的尝试。他的理论提出了这样的概念，虽然宇宙在膨胀，但是它的密度不变，闲为物质不停地从虚无中产生。这个以及所有其他类似的理论都严重背离了质量和能量守恒定律，不久便被抛弃．

几乎同时，伽莫夫提出一个相反的理论，断言宇宙存在一个开端。他的思想是从解释化学元素起源的需要而引发的，他由此论证说如果宇宙膨胀，星系过去肯定靠得更近，甚至在星系形成之前，密度和温度极高，高能高温的环境使化学元素从核粒子中产生。伽莫夫的思想为宇宙的标准模型大爆炸理论奠定厂基础。

这个被普遍接受的模型是经典的大爆炸模型，这个大爆炸由奇点或零空间点或宇宙黑洞开始，这个奇点具有无限的密度、温度和包含宇宙所有质量和辐射的引力，它㈩现在虚无的环境中，那时不存在时间和空间。问奇点之前是什么情况是没有意义的，因为没有从前，没有时间，没有物质，没有能量，只有虚无，这是一个不可测知的超出人类理解力的神秘事物。关于奇点的内容或起源，没有相应的其他证据，甚至没有证明这个理论的数学汁算。

尽管这个模型以宇宙大爆炸命名，然而它未曾真正地解释过大爆炸或者大爆炸的原因以及爆炸之前的状况、物质为什么存在、物质从哪里来等等问题。标准大爆炸理论是根据爱因斯坦、弗里德曼（Friedman）和勒梅特（Lemaitrc）在20世纪20年代的工作而形成的，但是这些科学家并没有提供进一步的解释。

在振荡宇宙的理论中，大爆炸产生于先前状态的坍缩，这种说法赢得了普遍认可，主要是因为它避免了起源的问题。但是即使这种思想也是不成功的，随着宇宙的每一次振荡，总的熵就会增加，我们就会得到一个比前一个宇宙更大、寿命更长的宇宙。冈此，如果我们随着震荡回到以前，我们仍然会遇到起点的问题。

接下来出现各种各样的“免费午餐”理论，提出它们的有特里奥（Edward PTWon）、布兰特（R．Brant）、因格勒特（F。Englel飞）、岗金格（E．正；unzin~；）、阿卡兹（D。Alkatz）、佩杰斯（H．Pagels）及其他一些人，他们的根据都是点状涨落的量子理论和吋空真空中虚粒子的出现。从这个萌芽点产生了巨大数量的质量和能量，这些质量和能量又被相同数量的负引力能量平衡，保持着宇宙的总能量为零。

1992年，人们发现了微波辐射中的小温度涨落，美国国家航空和宇宙航行局（NASA）的宇宙背景辐射探测器COBE，记录到大约300，000年前的宇宙膨胀所发出辐射的痕迹，这些涨落被宇宙学家和媒体大肆渲染为“大爆炸奇点理论的证据”“星系形成的基础”“150亿年前宇宙怎样形成的证据”“大爆炸和物质之间丢失的环节”“观望上帝”。

书籍目录

1解读宇宙

2科学方法

3深邃的星空

4基本粒子

5自然界的四种力

6从牛顿到爱因斯坦

7电磁辐射

8用地球望远镜和太空望远镜观察宇宙

9组成宇宙的迷人天体

10用光谱分析天体的化学成分

11为什么夜空是黑的？奥伯斯佯谬

12宇宙的膨胀与年龄

13稳态理论

14大爆炸理论

15与大爆炸理论有关的问题

16大爆炸理论的修正

17宇宙暴胀理论

18与暴胀理论有关的问题

19星系、星团和超星团的形成

20多宇宙理论——卡雷尔？威兰（1985）

21与多宇宙理论有关的问题

22几个主要的宇宙起源理论的比较

23宇宙学的革命

补充知识和数学计算

宇宙构件基本粒子的性质

量子力学的基本原理

粒子的爱因斯坦相对论性质

量子电动力学

量子色动力学，强核力

守恒定律

弱核力

引力

黑洞，类星体

量子引力，普朗克数据

四种力的统一

背景辐射光的红移

哈勃退行常数H0

弗里德曼数学理论——大爆炸和奇点

多宇宙理论

术语表

图表来源

索引

作者简介

本书详细展现了人类自古到今对宇宙诞生及演变这个主题的思考。本书在前半部用尽可能简单的方式将所有现存的宇宙学理论以及物理背景详尽的描述给读者，在后半部则提供了详细的资料及数学计算。高能粒子物理，天体物理及现代天文学推动了宇宙理论的发展。本书描述了宇宙理论的进程：稳态宇宙模型；宇宙膨胀观；宇宙大爆炸理论（所谓的标准模型）；振荡宇宙论（爆炸-膨胀-塌陷-再爆炸）；有关宇宙尺度大小的争论；及早期宇宙混沌膨胀计算引出"多重并存宇宙"理论--即宇宙为一永恒的、自我复制的、膨胀的宇宙。作者在本身结尾推出了他自己的多重宇宙论-避免了大爆炸理论中初始奇点的不可解释的谜团：引力内爆产生的云团导致了高温高密度火球的形成，并在内爆过程中产生了基本粒子，高压下火球的大爆炸引发了宇宙的诞生、演变及膨胀；作者的理论全部以现存的物理原理为基础，对宇宙的起源提供了第一个完整的解释。

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